一种铸造高温镍铬合金用镍铬中间合金材料及其制备方法与流程

本发明属于金属合金材料领域，具体是指一种铸造高温镍铬合金用镍铬中间合金材料及其制备方法。

背景技术：

1、镍铬合金，又称镍铬合金钢，是一类以镍和铬为基本合金元素的合金材料。镍铬合金以其出色的耐腐蚀性、高温性能和机械强度而闻名，被广泛应用于化工、航空航天、核能、医疗器械等领域。需要注意的是，不同合金的成分和配比可以影响镍铬合金的性能和应用范围。其中，高温镍铬合金具有出色的抗拉强度和屈服强度，能够在高温环境下承受较大的载荷；同时，它们还具有良好的耐蠕变性能，在高温下长时间保持稳定的形状和尺寸。高温镍铬合金被广泛应用于航空发动机的关键部件，以及制造燃气轮机、汽轮机、核电站部件等电力设备，如涡轮叶片、燃烧室和燃气轮机，以提供高温和高压下的可靠性能。

2、中间合金是一种添加型的功能材料，它以一种金属为基体，并加入一种或几种单质来解决涉及易烧损、高熔点难熔入、密度大易偏析等问题，或用于改善合金性能的特种合金。作为高温镍铬合金的添加剂，镍铬中间合金材料由镍、铬和其他元素混合组成，其成分比例可根据需求加以调整。

3、然而，现有技术合成的镍铬中间合金在铸造高温镍铬合金时存在一些局限性。首先，这些中间合金相对于其他合金来说具有较低的熔点，这在极端高温环境下可能导致熔化破坏风险。其次，尽管镍铬中间合金一般具有较好的抗氧化特性，但在一些环境下，仍可能发生一些不可避免的氧化反应和烧蚀现象，可能导致合金性能的下降或失效。因此，为了克服这些问题，需进行进一步研究和改进合成技术以及优化成分比例。这将有助于提高铸造的高温镍铬合金的性能，提高其熔点，并减少材料内部的脆性，从而增强材料的力学性能和抗腐蚀能力。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种铸造高温镍铬合金用镍铬中间合金材料及其制备方法，在合成镍铬中间合金材料工艺中掺杂少量石墨相氮化碳量子点和锑，并采用真空阶段升温方式精炼，并间隔一段时间搅拌，使原材料熔化混合均匀，调整了镍铬中间合金材料的晶体结构，提升了力学性能，并增强了抗腐蚀能力。

2、为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

3、本发明提出了一种铸造高温镍铬合金用镍铬中间合金材料及其制备方法，所述铸造高温镍铬合金用镍铬中间合金材料包括以下重量比例的组分：铬20%~50%、石墨相氮化碳量子点0.05%~1%，锑0.05%~1%，镍为余量；其中石墨相氮化碳量子点的合成包括以下摩尔份的组分：尿素5~15份、柠檬酸1份。

4、优选地，所述铬为三氧化二铬，纯度优选≥99.3%；锑为三氧化二锑，纯度优选≥99.8%；镍为氧化镍，纯度优选≥99.3%；尿素、柠檬酸均为分析纯。

5、进一步地，所述石墨相氮化碳量子点的制备方法包括以下步骤：

6、s1、将尿素与柠檬酸作为原料按比例加入玛瑙研钵中，研磨成均匀粉末；

7、s2、将步骤s1所制的粉末置于具有聚四氟乙烯内衬的高温高压反应釜中，在200℃的烘箱中反应1~2 h，得到黄色粉末；

8、s3、将步骤s2所制的黄色粉末置于乙醇中，高速离心10 min，去除上清液，得到沉淀，重复洗涤三次，收集黄色沉淀；

9、s4、随后将步骤s3所制的黄色沉淀重新分散在蒸馏水中，放入透析袋中透析24 h，以去除未反应的原料和副产物，随后收集黄色沉淀置于60℃真空干燥箱中干燥24 h，得到石墨相氮化碳量子点，反应机理如下所示：

10、。

11、优选地，所述步骤s1中的尿素与柠檬酸的摩尔比为8~12：1

12、优选地，所述步骤s3中的高速离心转速为8000~12000 rpm。

13、优选地，所述步骤s4中的黄色沉淀与蒸馏水的质量体积比为1 g：10 ml，透析袋的截留量为3500~10000 d。

14、本发明还提供一种铸造高温镍铬合金用镍铬中间合金材料的制备方法，包括以下步骤：

15、（1）将原材料铬、镍和锑依次用粗砂纸、细砂纸打磨，去除表面氧化层及杂质直至其表面光亮，用乙醇清洗两次，放入干燥的烘箱内烘干2~5 h，去除材料表面余留的溶剂，得到抛光铬、抛光镍、抛光锑；

16、（2）按照成分配比依次连续将步骤（1）所制的抛光铬、抛光镍、抛光锑和石墨相氮化碳量子点加入坩埚中，混合均匀得到中间合金混合物；

17、（3）将真空感应炉清理干净，放入步骤（2）所制的中间合金混合物，关闭排气阀，开启真空泵，待炉内压力小于0.1 mpa时，开启罗茨泵；

18、（4）送电加热，采用逐步升温方式进行精炼，升温至精炼温度900~1050℃，精炼10~20 min；升温至1200~1450℃，精炼10~20 min；升温至1500~1650℃，精炼10~20 min，每隔10min搅拌5 min；

19、（5）精炼结束后，打开氩气阀，缓慢吹入高纯度氩气至炉内压力达0.15~0.5 mpa，关闭氩气阀，将温度调整为浇筑温度1300~1450℃，保持10 min后进行真空浇筑，浇筑完成后，冷却得到镍铬中间合金材料。

20、进一步地，所述步骤（1）中的粗砂纸为200目，细砂纸为500目，烘箱温度为60~80℃。

21、进一步地，所述步骤（4）中的搅拌速度为300~500 rpm。

22、采用上述方案本发明取得的有益效果如下：

23、本发明在合成镍铬中间合金材料工艺中掺杂少量石墨相氮化碳量子点和锑；石墨相氮化碳量子点是一种具有近似石墨烯的平面二维片层结构的纳米粒子，可以有效改善镍铬中间合金的晶体结构，有效提高其抗拉属性；并且掺杂石墨相氮化碳量子点可以引入导热性更好的由碳和氮元素构成的高度离域的π共轭体系，改善镍铬中间合金的热传导性能，增强热量的传递和分散，减少热应力，提高镍铬中间合金的熔点；锑的添加可以改善镍铬中间合金的抗氧化性能，在镍铬中间合金表面形成一层致密的氧化锑膜，有效减缓其腐蚀速率，可以延长镍铬中间合金的使用寿命；并在合成过程中采用真空阶段升温方式精炼，并间隔一段时间搅拌，使原材料熔化混合均匀，有利于晶粒的生长和相变的发生，减少能源损耗和持续高温带来的操作风险，提高安全性。

技术特征：

1.一种铸造高温镍铬合金用镍铬中间合金材料，其特征在于，所述铸造高温镍铬合金用镍铬中间合金材料包括以下重量比例的组分：铬20%~50%、石墨相氮化碳量子点0.05%~1%，锑0.05%~1%，余量为镍；石墨相氮化碳量子点由以下摩尔份的组分合成：尿素5~15份、柠檬酸1份。

2.根据权利要求1所述的一种铸造高温镍铬合金用镍铬中间合金材料，其特征在于，所述铬为三氧化二铬，纯度优选≥99.3%；锑为三氧化二锑，纯度优选≥99.8%；镍为氧化镍，纯度优选≥99.3%；尿素、柠檬酸均为分析纯。

3.根据权利要求2所述的一种铸造高温镍铬合金用镍铬中间合金材料，其特征在于，所述石墨相氮化碳量子点的制备方法包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种铸造高温镍铬合金用镍铬中间合金材料，其特征在于，所述步骤s1中的尿素与柠檬酸的摩尔比为8~12：1。

5. 根据权利要求4所述的一种铸造高温镍铬合金用镍铬中间合金材料，其特征在于，所述步骤s3中的高速离心转速为8000~12000 rpm。

6. 根据权利要求5所述的一种铸造高温镍铬合金用镍铬中间合金材料，其特征在于，所述步骤s4中的黄色沉淀与蒸馏水的质量体积比为1g：10 ml，透析袋的截留量为3500~10000 d。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的一种铸造高温镍铬合金用镍铬中间合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种铸造高温镍铬合金用镍铬中间合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的粗砂纸为200目，细砂纸为500目，烘箱温度为60~80℃。

9. 根据权利要求8所述的一种铸造高温镍铬合金用镍铬中间合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中的搅拌速度为300~500 rpm。

技术总结
本发明属于金属合金材料领域，具体是指一种铸造高温镍铬合金用镍铬中间合金材料及其制备方法；在合成镍铬中间合金材料工艺中掺杂少量石墨相氮化碳量子点和锑，并采用真空阶段升温方式精炼，并间隔一段时间搅拌，使原材料熔化混合均匀；石墨相氮化碳量子点有助于改善合金的晶体结构，改善其热传导性能，增强热量的传递和分散，提高镍铬中间合金的提高其抗拉性能和熔点；而锑的添加则可以改善合金的抗腐蚀性能，形成一层致密的氧化锑膜在材料表面，有效减缓合金的腐蚀速率，延长使用寿命，这些措施都有助于提升镍铬中间合金的综合性能和应用价值。

技术研发人员：浦进,钱圣华
受保护的技术使用者：托普工业（江苏）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22